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La membrana celular

Las células tienen múltiples orgánulos y estructuras que son muy importantes para el funcionamiento de la célula, pero si uno de ellos es fundamental y vital es la membrana celular, también llamada membrana plasmática.

La rotura de la membrana celular llevaría a la muerte de la célula en pocos segundos ya que actúa como barrera física que aísla el interior de la célula del exterior. Debido a esta importante función, la membrana plasmática tiene mecanismos de autorreparación si bien no solucionan todos los problemas a los que puede enfrentarse la célula.

Hay otras membranas plasmáticas además de la membrana que rodea exteriormente la célula: son aquellas que conforman orgánulos y la que rodea el núcleo de la célula.

Sin embargo, esta no es la única de sus funciones pero la desarrollaremos en un punto más adelante. Vamos a comenzar por la definición, composición y estructura de la membrana celular.

¿Qué es la membrana celular?

La membrana celular es una capa que rodea a la célula para separarla del medio externo. Es una capa fina de alrededor de 75 amstrongs, o lo que es lo mismo 7,5 nanómetros, flexible como veremos más adelante, cualidad que es muy importante para poder desarrollar parte de sus funciones.

No es visible al microscopio óptico pero sí lo es al microscopio electrónico como una doble línea delgada, una estructura doble que únicamente es visible al microscopio electrónico.

membrana celular al microscopio electrónico
En la imagen al microscopio electrónico se pueden observar las dos capas de la membrana lipídica (los extremos hidrófilos en oscuro y los hidrófobos en tono claro). Licencia: This image is licensed under a Creative Commons Attribution, Non-Commercial, No Derivatives License. Imagen de Don W. Fawcett ISBN 0721635849

Como decíamos, la membrana plasmática no sólo se encuentra limitando la célula del exterior, si no que también forma parte de los orgánulos que tienen membrana de la célula como las mitocondrias o el núcleo. 

A nivel químico es una doble capa de lípidos como veremos a más adelante. Si tuviéramos que definir la membrana celular,…

¿Cuál es la definición de membrana?

La definición de membrana plasmática es que la membrana plasmática es una doble bicapa lipídica con proteínas incrustadas flotando en la membrana que limita la célula separando el interior de la célula, el citoplasma, del medio externo.

Composición de la membrana plasmática

A continuación, vamos a ver los componentes de la membrana plasmática para después describir cómo se estructuran formándola.

Hay tres tipos de componentes en la membrana celular: lípidos, proteínas y glúcidos. Vamos a ver con más detalle cada uno de ellos.

Lípidos

Los componentes mayoritarios de la membrana plasmática son los lípidos, que forman alrededor del 50% de la masa de la membrana, aunque este porcentaje es variable según sea membrana celular externa o membrana de algunos de los orgánulos del interior de la célula. Por ejemplo, la mitocondria tiene una mayor proporción de proteínas por las cantidad de reacciones químicas que se producen en su membrana. 

Fosfolípidos

Los lípidos de la membrana plasmática son fosfolípidos que tienen una característica muy importante para la formación de la membrana: son anfifílicos (o también llamados anfipáticos). 

¿Qué quiere decir que los fosfolípidos son anfipáticos o anfifílicos?

Esto quiere decir que tienen dos partes: una cabeza que muestra preferencia por el agua y por tanto se denomina hidrofílica y una cola que repele el agua y por tanto es hidrofóbica. De esta manera tienden a formar membranas espontáneamente en presencia de agua.

La cabeza hidrofílica está formada por un aminoácido (dependiendo del fosfolípido) y un grupo fosfato unidos a un glicerol quea su vez está unido a la cola hidrofóba que está formada por dos cadenas de ácidos grasos.

En la imagen, la representación de un fosfolípido.

Existen distintos tipos de fosfolípidos que pueden formar parte de las membranas dependiendo del organismo al que se refiera. Por ejemplo, la membrana de bacterias como Escherichia coli tiene un fosfolípido predominante que es la fosfatidiletanolamina. 

En cambio, en células animales de mamíferos podemos encontrar hasta cuatro fosfolípidos diferentes: fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidilamina y esfingomielina. El porcentaje en el que están presentes cada uno de los fosfolípidos en células de mamíferos depende del tipo celular y del orgánulo en particular pero el más frecuente es la fosfatidilcolina.

Otros lípidos de la membrana de las células

Entre otros lípidos que se pueden encontrar en la membrana se encuentran esteroles y glucolípidos.

Esteroles

Entre los esteroles, el más conocido y relevante es el colesterol. El colesterol tiene un papel importante en la fluidez de la membrana ya que por una parte aporta rigidez en los puntos en los que se sitúa, pero por otra cuando hay bajas temperaturas mantiene la fluidez.

¿Cómo hace esta función en la membrana el colesterol? 

Pues bien el colesterol, está formado por un anillo hidrocarbonado rígido, con una parte que está formada por grupos hidroxilo (OH-, que son apolares y muestran afinidad por el agua) que se sitúan en la misma región que los grupos fosfato de los fosfolípidos. El anillo hidrocarbonado del colesterol interacciona con los ácidos grasos de los fosfolípidos, al ser rígido, aporta rigidez a la membrana. Esta misma interacción es la que facilita que la membrana sea fluida a temperaturas bajas.

En la imagen se pueden ver las moléculas de colesterol con sus grupos OH- intercaladas entre los fosfolípidos de la membrana. By Rhannosh – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17537494

Glucolípidos

Los glucolípidos son otros de los lípidos que se encuentran en las membranas celulares. Están formados por un glúcido de cadena corta y una ceramida que a su vez está formada por esfingosina más un ácido graso. Por este motivo, también se llaman esfingoglucolípidos.

Se comportan de la misma manera que los fosfolípidos de la membrana con el glúcido y ácido graso como parte hidrofílica y las colas hidrocarbonadas como parte hidrófoba. El glúcido tiene funciones importantes como reconocimiento celular o también como receptor antigénico. Los glucolípidos se encuentran en la cara externa de la membrana, no en la parte del citosol.

Algunos tipos de glucolípidos son:

  • Cerebrósidos: pueden ser de dos tipos, los que tienen galactosa y se llaman galactocerebrósidos y se encuentran en los tejidos nerviosos animales formando parte de la vaina de mielina, y los glucocerebrósidos que en lugar de galactosa tienen glucosa y se encuentran en los tejidos no nerviosos.
  • Globósidos: son un tipo de esfingolípidos que solo aparecen en las células progenitoras de los eritrocitos, en miocitos del corazón, células endoteliales y en algunos otros órganos como el hígado, el riñón y el bazo. Su función está involucrada en el reconocimiento de la membrana.
  • Gangliópsidos: son los más complejos y aparecen en grandes cantidades en las células ganglionares del sistema nervioso central, especialmente en las terminaciones nerviosas. Suponen hasta el 6% de los lípidos de membrana de la materia gris del cerebro humano. Su principal función es ser receptores de membrana. 

Proteínas de membrana

Las proteínas son otro de los constituyentes principales de la membrana y son de dos tipos: integrales de membrana y periféricas. Una de las diferencias principales entre ellas es que las proteínas integrales de membrana sólo se pueden eliminar por la rotura de la bicapa lipídica por acción de un detergente, mientras que las periféricas pueden separarse con otros tipos de extracción más complejos y delicados pero que mantienen intacta la bicapa. 

Proteínas integrales de membrana

Las proteínas integrales de membrana están embebidas dentro de la membrana y muchas de ellas son capaces de atravesarla dejando partes expuestas a cada uno de los lados de la membrana, otras están ancladas de una manera u otra a la membrana.

Estas proteínas integrales de membrana también se llaman proteínas transmembrana. Al igual que sucede con los fosfolípidos, estas proteínas son anfipáticas quedando expuestas al medio extracelular e intracelular parte hidrofílica. Muchas de las proteínas transmembrana tienen adicionados carbohidratos que quedan expuestos en la superficie de la célula para desarrollar funciones específicas como las interacciones célula-célula.

Hay otras proteínas que se encuentran únicamente en la parte interna de la célula, y se asocian a la parte interna de la bicapa lipídica, formando un parte de ellas de la monocapa, ya que al ser anfipáticas, una parte se embebe en la parte lipídica de la membrana y la otra parte queda expuesta al citosol al ser hidrofílica.

Otras proteínas se encuentran enteramente por fuera de la bicapa lipídica (ya sea por dentro o por fuera de la célula),y están ancladas por uno o dos grupos lipídicos.

proteínas presentes en la membrana celular

Proteínas periféricas de membrana

Las proteínas periféricas de membrana no están insertadas en la membrana si no que están asociadas de forma indirecta mediante la interacción con las proteínas de membrana.

Glúcidos o carbohidratos de membrana

Los glúcidos que forman parte de la membrana celular se encuentran o bien adheridos a los lípidos de la membrana o bien adheridos a las proteínas, cuando las proteínas están adheridas a cadenas cortas de azúcares (oligosacáridos) se llaman glucoproteínas mientras que si se unen a cadenas más largas de polisacáridos se llaman proteoglucanos.

En cualquier caso, los carbohidratos siempre se encuentran en el lado extracelular, nunca en el lado citosólico. A todo ese recubrimiento general de hidratos de carbono se le denomina capa de hidratos de carbono y es la responsable de algunas de las funciones de la membrana celular que veremos más adelante.

Esta capa de hidratos de carbono juega un papel muy importante ya que es la encargada de caracterizar a las células especializadas en una función determinada, y es la responsable del reconocimiento celular en las interacciones de las mismas.

Por otra parte, la capa de carbohidratos absorbe agua gracias a los propios carbohidratos por lo que sirve para conferir una superficie viscosa a la célula que permite a las células móviles como glóbulos rojos, blancos… pasar fácilmente por canales estrechos y no adherirse a las paredes de los vasos sanguíneos.

¿Cuál es la estructura de la membrana plasmática?

Anteriormente, en la definición, explicábamos que la membrana plasmática tiene una estructura de doble capa lipídica, también llamada bicapa lipídica, con proteínas que flotan en la misma. 

Vamos a ver en particular la bicapa lipídica y el modelo del mosaico fluido.

Bicapa lipídica

Se dice que es una bicapa porque hay dos capas de fosfolípidos anfipáticos, donde las cabezas hidrofílicas se encuentran hacia el exterior y las colas hidrofóbicas se encuentran hacia el interior, unidas formando una doble capa en forma de empalizada. Esta estructura funciona por que la célula con su bicapa lipídica está en un medio acuoso que permite que los fosfolípidos adopten de manera espontánea esta estructura.

En la imagen, la bicapa lipídica que forma la membrana celular.

Las capas interior y exterior de la membrana difieren en la composición química, tanto en los lípidos como en las proteínas. Dependiendo del tipo de célula la capa externa puede ser más rica en glucolípidos y glucoproteínas

Modelo de membrana de mosaico fluido

El modelo de mosaico fluido fue propuesto por  Jonathan Singer y Garth Nicolson en 1972. Según este modelo, las proteínas están insertadas en la bicapa lipídica y los fosfolípidos confieren la organización estructural básica de la membrana.

Fuente: NIST

Los lípidos y las proteínas parecen estar anclados en una posición fija e inamovible pero realmente la estructura es fluida. Hay proteínas que pueden desplazarse lateralmente por la bicapa, acoplándose y desacoplándose según las interacciones moleculares propias de la vida de la célula. De esta forma  la estructura de fosfolípidos y proteínas cambia en el tiempo, con una estructura en mosaico. 

Principales funciones de la membrana plasmática

La membrana plasmática tiene varias funciones que desglosamos a continuación:

Limitar la célula, separando el citoplasma y los orgánulos del medio exterior.

División celular: la membrana está implicada en el control y desarrollo de la división celular o citocinesis.

Endocitosis y exocitosis: la membrana está relacionada con la captación de partículas de gran tamaño (endocitosis) y con la secreción de sustancias al exterior (exocitosis).

Regular el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el exterior de la célula para  mantener estable el interior de la célula. Esto lo realiza a través de las proteínas que hay insertadas en la membrana, que desarrollan funciones de transporte de moléculas que no pueden atravesar la bicapa lipídica. Por este motivo se dice que la membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva.

Desarrolla funciones de comunicación y adhesión con otras células a través de otras proteínas, recibiendo y enviando señales químicas a otras células.

Participar en reacciones químicas a través de proteínas que actúan como enzimas. Por ejemplo, el caso de la cadena respiratoria en las mitocondrias o la fotosíntesis en cloroplastos.

Permite el reconocimiento y la identificación celular. Tanto para desarrollar funciones habituales de la célula como para la inmunidad celular. A través de los oligosacáridos de la superficie de la membrana, como es el caso de los grupos sanguíneos, o a través de glucolípidos que pueden tener propiedades antigénicas.

Servir de fijación para los receptores de superficie pudiendo fijar ciertas sustancias o enzimas.

Participa en la neurotransmisión neuronal como por ejemplo, la transmisión del impulso nervioso.

Servir de soporte estructural para la célula. El citoesqueleto se ancla a la membrana celular para mantener la estructura de la célula.

Bibliografía

Alberts, B., et al. Introducción a la biología celular. 3ª edición. 2011. Editorial Médica Panamericana.

Cooper & Hausman. La célula. 6ª Edición. Marbán. 2017.

About G. Costas

Licenciada en Biología con las especialidades ambiental y marina por la Universidad de Alicante.

Un comentario

  1. Oscar A vanegas Caicedo

    Me gusto el articulo facil de entender gracias

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